2025届高三生物二轮复习讲义细胞膜的结构和功能

细胞膜的结构和功能 Hello，各位同学，大家好，进步永远在路上，目标永远在前方，让我们继续努力。 今天来学习细胞的结构。细胞是生物体结构和功能的基本单位，也是最基本的生命系统，而它的边界就是细胞膜。细胞膜是一个微小的结构，通过光学显微镜是无法观察到的。那我们如何得知细胞有细胞膜呢?可以使用台盼蓝染色的办法来发现细胞膜。台盼蓝是用来鉴别细胞是否死亡的染色剂，用它染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色，说明细胞内和细胞外有一层边界，这个边界就是细胞膜。细胞膜就像国境线一样保护着细胞内部的安全，所以一般有三大基本功能：①细胞膜将细胞与外界环境分隔开，保障了细胞内部环境的相对稳定。②细胞膜控制物质进出细胞，细胞需要的营养物质可以从外界进入细胞，细胞不需要的物质不易进入细胞。不过细胞膜的控制作用是相对的，环境中一些对细胞有害的物质，比如酒精，也有可能进入，有些病毒病菌也能侵入细胞，使生物体患病。③通过细胞膜进行细胞间的信息交流，在多细胞生物体内，各个细胞之间必须保持功能的协调，才能使生物体健康的生存。这种协调性的实现不仅依赖于物质和能量的交换，也有赖于信息的交流。 细胞间的信息交流大多与细胞膜的结构有关。细胞间的信息交流方式有多种，包括：①内分泌细胞分泌的激素随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面受体结合，将信息传递给靶细胞。②相邻两个细胞的细胞膜直接接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。这两种方式都直接或间接利用了细胞膜上面的信息分子来传递信息。③相邻两个细胞之间形成通道 (和细胞膜关系比较小)，比如说植物细胞之间的胞间连丝，携带信息的物质可以通过通道从一个细胞进入到另一个细胞，实现信息的交流。 那么细胞为什么能够实现这些功能呢?还是一个基本逻辑，叫做结构和功能相适应，我们需要去研究细胞膜的结构才知道它如何实现这些功能。但是细胞膜是一个非常微小的结构，它的研究经历了漫长的历程。最早是欧文顿发现溶于脂质的物质容易穿过细胞膜，而不溶于脂质的物质不易穿过细胞膜。根据相似相溶的原理，可以推测细胞膜是由脂质组成的。后来科学家们利用哺乳动物的成熟红细胞，通过一定的方法制备出纯净的细胞膜。通过化学分析得知，组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇，其中磷脂含量比较多。磷脂和胆固醇都是脂质，就证实了细胞膜的物质组成。后来有两位科学家做了一个天才的 植物细胞的世界是细胞膜，不是细胞壁 植物细胞最外面的结构是细胞壁，但细胞壁并非植物细胞的世界，因为细胞壁是全透性的，不能起到边界的作用。 控制物质进出细胞的功能使细胞膜具有这样透过性，这种透过性是细胞膜的功能特性。 细胞间信息交流的两个易错点 (1)细胞膜上的受体并非细胞间信息交流所必需的结构，如高等植物细胞之间通过肥问逐些进行信息交流时就不需霎细肥膜上的受体。 (2)细胞间信息交流发生在细胞与细胞之间，而不是发生在同一个细胞内，也不发生在细胞与病毒之间，如HIV 识别人体的淋巴细胞不属于细胞间的信息交流。 用哺乳动物的反熟红细胞制备细胞膜 (1)选择唯乳动物反熟红细胞的原因 ①动物细胞没有细胞壁，能够吸水源4皮。 ②哺乳动物成熟的红细胞中没有枝膜和众多的细胞器膜，可获得较为纯净的细胞膜。 (2)实验方法：细胞内的物质是有一定浓度的，把哺乳动物反熟的红细胞放在清水里，水会进入细胞，使细胞因吸水涨碳，细胞内的物质(血红蛋白等)流出来，每经过高心等操作就可以得到较为化学的细胞膜。 学科网（北京）股份有限公司 ⑤心之所向 素履以往 生如逆旅一节以航 安装生物工作室 实验，他们是戈特和格伦德尔。他们用丙酮从人体的红细胞中提取脂质，在空气——水界面上铺成单分子层，测得单层分子的面积恰好是红细胞表面积的两倍。他们由此推测细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层。这里选择的红细胞是一个非常好的实验材料，因为它只有细胞膜，而没有核膜、细胞器膜等其他膜结构，这样才能保证细胞膜面积和空气——水界面单层膜面积的倍数关系。如果选择别的细胞有核膜或者细胞器膜的干扰，那么在空气——水界面上铺出来的单层膜面积就要大于细胞膜的表面积的两倍了。再之后是两位科学家丹尼利和戴维森，发现细胞的表面张力明显低于油——水界面的表面张力。由于人们已经发现了油脂滴表面如果附有蛋白质成分，则表面张力会降低，因此丹尼利和戴维森推测细胞膜除了含脂质分子外，可能还附有蛋白质。 通过以上实验，科学家们发现了细胞膜的主要组分是由脂质和蛋白质组成的，此外还有少量的糖类。其中，脂质约占细胞膜总质量的50%，蛋白质占40%，糖类占2%到10%。在组成细胞膜的脂质中，磷脂最为丰富，此外还有少量的胆固醇，而蛋白质作为生命活动的主要承担者，在细胞膜行使功能方面起着重要的作用。因此，功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量就越多。 那么这些物质在细胞膜上是如何排布的呢?细胞膜是什么样的结构呢?到了罗伯特森的时代就有了电子显微镜，他通过电子显微镜拍摄和观察到了细胞膜具体的结构，呈现暗——亮——暗的三层结构。因此他提出，所有的细胞膜都由蛋白质、脂质、蛋白质三层结构构成，亮层是脂质分子，暗层是蛋白质分子，而这种暗—亮—暗的三层结构是一个静态的统一结构，这个模型也被称为三明治模型。但这个模型解释不了很多生物学的现象，比如科学家们做了一个细胞膜融合实验，用不同荧光标记两个细胞表面的蛋白质分子，然后将细胞融合，一段时间后，两种颜色的荧光均匀分布，说明细胞膜并不是静态的，而是具有流动性。 综合以上研究成果，最后有两位科学家辛格和尼科尔森就提出了流动镶嵌模型，这就是最广为接受的细胞膜结构模型，有三个基本点：①细胞膜主要由磷脂分子和蛋白质分子构成。磷脂由双分子层构成，是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能够自由的通过，因此具有屏障作用。②蛋白质分子以不同的方式镶嵌在磷脂双分子层中：有的镶在磷脂双分子层的表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。这些蛋白质在物质运输等功能的方面发挥重要的作用。③细胞膜的外表面还有糖类分子，它和蛋白质分子结合形成糖蛋白，或与脂质结合形成糖脂，这些糖类分子叫做糖被。注意，糖被只是指糖，不包含蛋白质。糖被与细胞表面的识别、细胞间的信息传递等功能密切相关。 这就是流动镶嵌模型，它就能解释细胞膜为什么有上述那些功能 -2- 为什么细胞表面张力低于油一水界面的表面张力就说明细胞膜可能含有蛋白质? 提示：蛋白质分子极性强，脂质表面吸 不同种类的细胞，细胞膜的成分及各成一般不含胆固醇。 荧光标记技术 用荧光浆料标记某种物质，利用其荧光特性，未观察研究对象的变化，以反应收紧外线或可见无后，能把短波长的光转变为波长较长的可见光而反射出来，呈闪亮的鲜艳色彩，荧光标记技术的灵敏度高，操作方便，其广泛应用于荧光免疫、 人民细胞融合实验的局限性 该实验直接证明了细胞膜上的蛋白质具有流动性，没有直接证明脂质分子具有流动性；这一实验和其他相关实验证据表明，细胞膜具有流动性。 流动性、维持膜结构稳定的作用。 以运动，有些蛋白质分子不能运动，如果些起固定细胞作用的膜蛋白。 3.细胞膜具有流动性的结构基础是组我细胞膜的磷脂和大多数蛋白质是可以运动的。 4.蛋白质分子的不均匀分布体现了膜结并不是均匀分布的，而是呈不对称分布。 获取最全最快一手网课、电子讲文、押题资源，认准唯一公众号【偷着学】、微信号：tzx985tzx 学科网（北京）股份有限公司 了。①磷脂双分子层的内部不是疏水的尾部嘛，它就起到了屏障作用，抑制了水和溶于水的各种极性分子，带电分子的随意进出，只能允许一些特别小的分子或者是脂溶性的分子进出细胞膜，比如说 少量的水分子以及酒精、脂质等之类的分子。②物质的跨膜运输、物质的信息交流都是由细胞膜上不同类型的蛋白质来决定的，所以之前说蛋白质的种类和数量越多，则细胞膜的功能就越复杂。 了解了细胞膜的结构，可以做一些应用了。比如，我们可以使用一些类似细胞膜的脂质体来做药物的运输。脂质体由磷脂双分子层构成球状结构，在脂质体中能将水中结晶的药物放在双分子层中，而将脂溶性的药物包在两层磷脂分子之间，可以作为药物的运载体，将其运送到特定的细胞中来发挥作用。 流动镶嵌模型的提出还用到一种生物学思维，叫做提出假说。科学家首先根据已有的知识和信息提出解释某一生物学问题的一种假说，再用进一步的观察与实验对建立的假说进行修正和补充，就是提出假说。一种假说最终被接受或被否定，取决于它是否能与以后不断得到的观察和实验结果相吻合。 讲完了细胞膜，就要看细胞内复杂的细胞结构和功能了。真核细胞的细胞结构种类非常多，功能各不相同，并且能够相互配合。所以下节内容会非常多，请大家做好准备。 只要努力就有希望，永不放弃，勇往直前。同学们，我们下节再见。 -3- 膜蛋白的功能 (1)运输功能————膜转运蛋白 (2)识别功能———受体蛋白 用于细胞与细胞间相互识别的糖蛋白。依靠膜上的受体蛋白。 (3)催化功能————酶 原核生物由于没有复杂的细胞器，许多功能都是由细胞膜来承担的，在其细胞 (4)保护功能————糖蛋白 糖蛋白具有高黏性，可以成为细胞表层的润滑剂，防止蛋白水酥醋的水酶作 (5)连接功能 通过一些特定的膜蛋白，将相邻细胞的细胞膜相互联系。 (6)运动功能————微管蛋白 由微管蛋白构成的鞭毛和肝毛作为细肥表面的特化指构，可使细胞运动。 学科网（北京）股份有限公司 $$